CN114850684B - 曲面立体纹理的激光加工方法 - Google Patents

曲面立体纹理的激光加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种曲面立体纹理的激光加工方法，包括：获取待加工工件的三维曲面模型和平面立体纹理模型；将平面立体纹理模型映射至三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型；根据三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，控制激光按照激光加工轨迹对待加工工件进行加工。本发明技术方案中，先获取待加工工件的三维曲面模型和平面立体纹理模型，而后将平面立体纹理模型映射至待加工工件的三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型，然后再根据三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，最后控制激光按照生成的激光加工轨迹对待加工工件进行加工，以在待加工工件表面形成立体纹理，从而实现对于复杂三维曲面的立体纹理加工。

Description

曲面立体纹理的激光加工方法
技术领域
本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种曲面立体纹理的激光加工方法。
背景技术
激光立体纹理加工是一种非接触加工方法，其具备无污染、高效率、高加工柔性等特点，利用激光能够在材料表面上刻蚀出设计好的立体纹理样式，从而生产出带有纹理的产品，实现传统刻蚀方法无法完成的纹理样式，是表面处理的关键技术之一。然而，现有的激光纹理加工局限于二维平面材料的表面加工，无法对复杂三维材料的表面加工立体纹理，比如三维曲面。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种曲面立体纹理的激光加工方法，旨在解决现有复杂三维材料表面无法加工立体纹理的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种曲面立体纹理的激光加工方法，该曲面立体纹理的激光加工方法包括：
获取待加工工件的三维曲面模型和平面立体纹理模型；
将所述平面立体纹理模型映射至所述三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型；
根据所述三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，控制激光按照所述激光加工轨迹对所述待加工工件进行加工。
在一些实施例中，所述将所述平面立体纹理模型映射至所述三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型包括：
将所述三维曲面模型展开至平面状态；
将平面立体纹理模型映射至展开至平面状态的三维曲面模型的表面；
恢复映射有所述平面立体纹理模型的三维曲面模型至原始曲面形状，得到三维曲面立体纹理模型。
在一些实施例中，在恢复映射有所述平面立体纹理模型的三维曲面模型至原始曲面形状，得到三维曲面立体纹理模型的步骤之后，还包括：
去除所述三维曲面模型未映射有立体纹理的三维曲面。
在一些实施例中，所述根据所述三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，控制激光按照所述激光加工轨迹对所述待加工工件进行加工包括：
识别并获取三维曲面立体纹理模型的立体纹理之间的三维曲面；
对所述三维曲面进行分层并逐层生成对应的激光加工轨迹；
按照所述激光加工轨迹，控制所述激光对待加工工件的三维曲面逐层进行烧蚀或冷加工以形成立体纹理。
本发明所提出的技术方案中，先获取待加工工件的三维曲面模型和平面立体纹理模型，而后再将平面立体纹理模型映射至待加工工件的三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型，然后再根据三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，最后控制激光按照生成的激光加工轨迹对待加工工件进行加工，以在待加工工件表面形成立体纹理，从而实现对于复杂三维曲面的立体纹理加工。
附图说明
图1为本发明曲面立体纹理的激光加工方法第一实施例的流程图；
图2为本发明曲面立体纹理的激光加工方法第二实施例的流程图；
图3为本发明曲面立体纹理的激光加工方法的平面立体纹理模型映射至三维曲面模型的示意图；
图4为本发明曲面立体纹理的激光加工方法第三实施例的流程图；
图5为本发明曲面立体纹理的激光加工方法的立体纹理之间的三维曲面材料去除示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参见图1、图3，本发明提出一种曲面立体纹理的激光加工方法，包括：
步骤S10，获取待加工工件的三维曲面模型和平面立体纹理模型；
步骤S20，将平面立体纹理模型映射至三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型；
步骤S30，根据三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，控制激光按照激光加工轨迹对待加工工件进行加工。
本实施例中，三维曲面模型和平面立体纹理模型可通过3D绘图软件进行绘制，比如SW、CREO、UG等，平面立体纹理模型的形态各异，可根据实际需要进行设计，三维曲面模型则根据待加工工件的外形进行绘制，比如待加工工件为鼠标时，三维曲面模型则为与鼠标形状一致的曲面模型。
通过3D绘图软件绘制得到的三维曲面模型和平面立体纹理模型，保存为STL格式或OBJ格式，并输入到计算机系统中。计算机系统先获取待加工工件的三维曲面模型和平面立体纹理模型，而后再将平面立体纹理模型映射至三维曲面模型上，以得到三维曲面立体模型。以待加工的鼠标为例，先通过3D绘图软件或三维扫描仪绘制相应的三维曲面模型，而后再将预先绘制的平面立体纹理模型映射至鼠标的三维曲面模型上，从而得到表面映射有平面立体纹理模型的三维曲面立体纹理模型。
在得到三维曲面立体纹理模型后，根据该三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，然后控制激光按照生成的激光加工轨迹对待加工工件进行加工，从而得到表面具有立体纹理的产品，比如在鼠标的三维曲面上加工形成有立体纹理图案。
在一些实施例中，请参见图2，本发明所提出的将平面立体纹理模型映射至三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型包括：
步骤S21，将三维曲面模型展开至平面状态；
步骤S22，将平面立体纹理模型映射至展开至平面状态的三维曲面模型的表面；
步骤S23，恢复映射有平面立体纹理模型的三维曲面模型至原始曲面形状，得到三维曲面立体纹理模型。
本实施例中，先将三维曲面模型展开至平面状态，而后将平面立体纹理模型映射至展开后的三维曲面模型上，分别对应图3(a)、(b)，然后将映射有平面立体纹理模型的已展开三维曲面模型恢复至原始曲面形状，对应图3(c)，可简称“含壳”。待三维曲面模型恢复至原始曲面形状后，将原始三维曲面模型去除，对应图3(d)，可简称“去壳”。“去壳”是指将图3(c)中含壳的三维曲面立体纹理模型中的原始三维曲面模型去除，以得到图3(d)所示的去壳后的三维曲面立体纹理模型。其中，立体纹理模型的顶点处于三维曲面模型的曲面上。
在一些实施例中，请参见图2，本发明所提出的在恢复映射有平面立体纹理模型的三维曲面模型至原始曲面形状，得到三维曲面立体纹理模型的步骤之后，还包括：
步骤S24，去除三维曲面模型未映射有立体纹理的三维曲面。
本实施例中，平面立体纹理模型映射至三维曲面模型上后，去除三维曲面模型上未映射有平面立体纹理模型的部分，从而得到最终的三维曲面立体纹理模型。
在一些实施例中，请参见图4、图5，本发明所提出的根据三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，控制激光按照激光加工轨迹对待加工工件进行加工包括：
步骤S31，识别并获取三维曲面立体纹理模型的立体纹理之间的三维曲面；
步骤S32，对三维曲面进行分层并逐层生成对应的激光加工轨迹；
步骤S33，按照激光加工轨迹，控制激光对待加工工件的三维曲面逐层进行烧蚀或冷加工以形成立体纹理。
本实施例中，识别并获取三维曲面立体纹理模型的立体纹理之间的三维曲面，对三维曲面进行分层，设定分层层数和分层间距，生成每一层的激光加工轨迹。按照每一层的激光加工轨迹，分别对每一层三维曲面进行激光加工，以去除立体纹理之间的三维曲面，最终在待加工工件表面形成预设的立体纹理图案。
本发明所提出的曲面立体纹理的激光加工方法相较于现有纹理加工具有以下显著优点：
第一，能够实现任意立体纹理的设计和加工，简化纹理设计思路，纹理设计通常是平面上设计，通过软件纹理映射转化，可以实现立体纹理贴附在任意自由曲面零件表面；
第二，可通过控制分层层数和分层间距，实现立体纹理之间的逐层材料去除的减材制造过程，当分层层数较多和分层间距较小时，可以实现微纳纹理的加工；
第三，此方法不仅使用于超快激光纹理加工，同样适用于纳秒激光和连续激光的立体纹理加工。
以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (3)

1.一种曲面立体纹理的激光加工方法，其特征在于，包括：
获取待加工工件的三维曲面模型和平面立体纹理模型；
将所述平面立体纹理模型映射至所述三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型；
根据所述三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，控制激光按照所述激光加工轨迹对所述待加工工件进行加工；
所述根据所述三维曲面立体纹理模型生成激光加工轨迹，控制激光按照所述激光加工轨迹对所述待加工工件进行加工包括：
识别并获取三维曲面立体纹理模型的立体纹理之间的三维曲面；
对所述三维曲面进行分层并逐层生成对应的激光加工轨迹；
按照所述激光加工轨迹，控制所述激光对待加工工件的三维曲面逐层进行烧蚀或冷加工以形成立体纹理。
2.根据权利要求1所述的曲面立体纹理的激光加工方法，其特征在于，所述将所述平面立体纹理模型映射至所述三维曲面模型上，得到三维曲面立体纹理模型包括：
将所述三维曲面模型展开至平面状态；
将平面立体纹理模型映射至展开至平面状态的三维曲面模型的表面；
恢复映射有所述平面立体纹理模型的三维曲面模型至原始曲面形状，得到三维曲面立体纹理模型。
3.根据权利要求2所述的曲面立体纹理的激光加工方法，其特征在于，在恢复映射有所述平面立体纹理模型的三维曲面模型至原始曲面形状，得到三维曲面立体纹理模型的步骤之后，还包括：
去除所述三维曲面模型未映射有立体纹理的三维曲面。
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